39、高效多方公平交换与公平安全多方计算

高效多方公平交换与公平安全多方计算

1. 引言

交换协议允许两方或多方交换物品。当交换能保证所有参与方都收到期望物品，或者没有一方收到任何物品时，该交换就是公平的。公平交换的例子包括签署电子合同、认证电子邮件投递以及通过互联网公平购买电子商品等。此外，公平交换协议还可被安全的两方或多方计算协议采用，以实现公平性。

在两方公平交换场景中，若没有可信第三方（TTP），要完全且高效地防止不公平是不可能的。因为无论协议形式如何，总会有一方发送协议的最后一条消息，该方可能选择不发送，从而导致不公平。在乐观协议中，TTP仅在出现恶意行为时才参与协议。不过，不能让TTP承担过多工作，否则会造成瓶颈。并且，TTP仅用于保证公平性，不应了解比实现公平所需更多的交换信息。

两方公平交换已得到广泛研究并提出了高效解决方案，但多方情况尚无高效通用的解决办法。多方公平交换（MFE）可基于交换拓扑来描述，例如环拓扑描述了一种MFE场景，其中每个参与方从环中的前一个参与方接收物品。但环拓扑不适用于合同签署和安全多方计算（SMPC）等场景，在这些场景中，参与方希望获得所有其他参与方的物品，这对应于完全拓扑。完全拓扑此前的研究主要集中在合同签署场景，但现有协议效率较低。

2. 主要贡献

提出了一种新的乐观多方公平交换协议，能高效地在各种拓扑（包括完全拓扑）中保证公平性：
- 消息和轮次复杂度低 ：对于n个参与方，该MFE协议仅需O(n²)条消息和恒定数量的轮次，比以往工作更高效，且无需广播。这对于完全拓扑是渐近最优的，因为即使在不公平交换中，每个参与方也需将其物品发送给所有其他参与方。
|解决方案|拓扑|轮次复杂